[发明专利]带有旋流器的三通道组合式水煤浆气化喷嘴

说明书

本发明涉及一种燃料雾化与混合的装置。

煤的清洁高效利用是当今煤科学研究中最活跃的课题，煤气化生产合成气、燃料气、还原气是煤的清洁高效利用的最重要的途径。在众多的气化方法中，人们普遍看好以水煤浆为原料，以含氧气体为气化剂的射流携带床(或称气流床)技术。70年代末，美国Texaco开发公司与德国鲁尔公司完成了水煤浆射流携带床的气化技术的中间试验，此后相继用于美国Eastman年产十万吨的醋酸装置，世界上第一套商业化联合循环发电(IGCC)示范装置(美国电站)，日本叶县年产二十万吨合成氨装置上。该技术的核心是水煤浆的气化喷嘴。

美国专利U.S.Patant 3705108，3743606，分别公开了一种水煤浆气化喷嘴，该类喷嘴具有结构简单、维修方便的优点，但是在工业生产的实际使用中发现，该类喷嘴存在下列缺点：

(1)“火焰”的喷射距离较长，造成气化炉内耐火砖严重烧蚀，缩短了造气炉的使用寿命；

(2)气化剂与燃料混合较差，气化不完善，有效气(CO+H₂)成分的含量较低，而CO₂含量则偏高，碳的转化率仅为96％；

(3)喷嘴磨蚀严重，寿命仅为2～3个月。

鉴于现有技术的上述缺点，影响了煤气化工程的进一步发展，为此产业部门迫切希望有关科技工作者对现有的气化喷嘴作出改进，提供一种性能更为优异的气化喷嘴，以推动煤气化工业的技术进步。

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，设计了一种带有旋流器的三通道组合式水煤浆的气化喷嘴，具有使用寿命长、火焰喷射距离可控、混合雾化效果好、碳的转化率高等优点，可满足产业部门对气化喷嘴的要求。

本发明的构思是这样的，发明人在长期从事煤科学研究的基础上发现：水煤浆的气化技术(或简称煤浆气化技术)的优劣主要取决于气化喷嘴的特性，以及喷嘴与炉体匹配形成的流场特征。

众所周知，水煤浆气化过程是一种部分燃烧氧化反应，它通常在高温(1250～1450℃)下进行，化学反应速度极快，所以整个气化过程为混合(含雾化)过程控制，而混合(含雾化)过程完全是由喷嘴特性所决定的。换句话说，气化喷嘴的优劣及其与炉体匹配形成的流场特征决定了水煤浆气化过程的效果。

本发明设想通过在气化剂的喷头内设置旋流器来提高气化剂的旋流速率，以优化提高喷嘴的雾化角，从而提高喷嘴的混合雾化效果，提高碳的利用率(或转化率)，和有效气(H₂+CO)的产率，同时设置旋流器后可有效地缩短燃烧火焰的长度，从而起到保护造气炉的耐火砖的作用，延长了炉子的寿命；此外，本发明设想通过在喷嘴出口端的外侧设置一冷却系统，以保护喷嘴，延长喷嘴的寿命；同时通过选择耐磨耐高温的材料作燃料出口的喷嘴，从而大大提高喷嘴的使用寿命。

本发明亦是这样实现的：发明人按照上述构思设计制作了一种带旋流器的三通道组合式水煤浆气化喷嘴，由中心喷管、内环喷管、外环喷管组成同心的三通道式气化喷嘴，气化剂分别由中心通道、外环隙通道进入喷嘴，水煤浆(或其他燃料)由内环隙通道进入喷嘴，调控气化剂与水煤浆的混合比可使喷嘴出口处的燃烧火焰缩短至适宜的长度(由于混合比受反应过程控制，仅可在微小范围内调控)。

所说的中心通道是指中心喷管内的空间；内环隙通道是指中心喷管外壁与内环喷管内壁所构成的环隙空间；外环隙通道是内环喷管外壁与外环喷管内壁缺构成的环隙空间。

所说的中心喷管，主要由中心导管(位于上部)和中心喷头(位于下部)两部分组成，二者通过机械配合后再固接而成。中心导管的顶端通过法兰用盲板封闭，中心导管的上部设有气化剂入口管，气化剂入口管的下方设有联接法兰，籍助它与内环导管的顶端法兰相配合固接。

所说的内环喷管，主要由内环导管(位于上部)和内环喷头(位于下部)两部分组成，二者通过机械配合后再固接而成。内环导管的顶端设有联接法兰，籍助它与中心导管上的联接法兰相配合固接，内环导管的上部设有燃料入口管，燃料入口管的下方设有联接法兰，籍助它与外环导管的顶端法兰相配合固接。

所说的外环喷管，主要由外环导管(位于上部)和外环喷头(位于下部)两部分组成，二者通过机械配合后再固接而成。外环导管的顶端设有联接法兰，籍助它与内环导管上的联接法兰相配合固接，外环导管的上部设有气化剂入口管，气化剂入口管的下方设有联接法兰，籍助它与造气炉子外壳上的法兰相固接。